(Tiểu luận) bài tập dài môn hệ thống tưới tiêu hệ thống tưới tiêu tự động sử dụng plc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ TẠO PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BÀI TẬP DÀI MÔN: HỆ THỐNG TƯỚI TIÊU Giảng viên hướng dẫn: Vũ Minh Quang Tên sinh viên: Nguyễn Quốc Duy Lớp: 61TĐH3 Mã sinh viên: 1951211991 ***  HÀ NỘI, NĂM 2022 h LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta đường cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước ,là nước phát triển, dần tiếp cận với khoa học kỹ thuật đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng người Cùng với phát triển , Điện – Tự động hóa đóng vai trị quan trọng Ngày công nghiệp, mạch điều khiển người ta thường sử dụng kỹ thuật số với chương trình phần mềm đơn giản, linh hoạt dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số luật điều khiển Nó làm tăng tốc độ tác động tính xác cao cho hệ thống Như làm chuẩn hóa hệ thống truyền động điện điều khiển tự động đại có đặc tính làm việc khác Trong ứng dụng việc ứng dụng hệ thống tưới tiêu tự động ứng dụng rộng dãi mà mang tính tiện lợi đời sống nói chung nơng nghiệp nói riêng Hệ thống tưới tiêu tự động sử dụng PLC không tập tổng hợp bắt buộc sinh viên tự động hóa phải trải qua, mà cịn hội để sinh viên tìm tịi, nghiên cứu ứng dụng với thiết bị thực tế, bên cạnh giúp sinh viên củng cố kiến thức, làm quen nâng cao tính độc lập thiết kế sáng tạo sản phẩm thực tế h CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu tổng quan PLC 1.1.1 PLC gì? PLC( Programable Logic Controller ) thiết bị điều khiển logic lập trình được, hệ vi xử lý chun dụng nhằm mục tiêu điều khiển tự động thiết bị điện q trình sản xuất cơng nghiệp Hoạt động PLC hoàn toàn phụ thuộc vào chương trình nằm nhớ, ln cập nhật tín hiệu ngõ vào, xử lý tín hiệu để điều khiển ngõ Tồn chương trình điều khiển lưu nhớ nhớ PLC dạng khối chương trình thực lặp theo chu kỳ vòng quét Những đặc điểm PLC: Lập trình mềm dẻo, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển máy lập trình máy tính cá nhân lực Phối ghép dơn giản thuận tiện hệ thống điều khiển hệ thống động Có thể kết nối thêm modul để mở rộng thêm ngõ vào Độ tin cậy cao kích thước nhỏ, bảo trì dễ dàng Cơng suất tiêu thụ Có thiết bị chống nhiễu Tốc độ hoạt động hệ thống nhanh Về cầu trúc phần cứng PLC bao gồm: Bộ xử lý trung tâm CPU Chứa chương trình ứng dụng modul giao diện nhập xuất, nối trực tiếp đến thiết bị I/O CPU nhận tín hiệu từ ngõ vào, xử lý tín hiệu gửi tín hiệu đến thiết bị xuất Bộ nhớ ( ROM, RAM, EFROM ) Bộ nhớ có nhiệm vụ lưu chương trình điều khiển, hệ điều hành liệu Dữ liệu là:trạng thái biến vào ra, kết chương trình tính, kết trung gian… Ngồi cịn có cổng vào khối chức đặc biệt khác đếm, định thời… Phần mềm: h Hệ điều hành tập lệnh: hệ điều hành nằm nhớ ROM, tập lệnh xử lý RAM EFROM dạng mã lệnh Chương trình soạn thảo, gỡ rối tiện ích: Nằm gói phần mềm, cung cấp khả điều khiển giao tiếp người máy, kèm với thiết bị phần cứng Một số nhà sản cuất PLC : Họ PLC S7 SIEMENS bao gồm: S7 200, S7 300 S7 400 PLC Omron, Shneider… 1.1.2 Nguyên lý hoạt động Khi thiết bị kích hoạt (trạng thái ON OFF thiết bị điều khiển vật lý bên ngồi) Một điều khiển lập trình liên tục lặp chương trình (vịng lặp) người dùng cài đặt sẵn chờ tín hiệu xuất ngõ vào xuất tín hiệu ngõ Để khắc phục nhược điểm điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển Relay) người ta chế tạo PLC nhằm thỏa mãn u cầu sau: + Lập trình dể dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học + Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản, sửa chữa + Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình phức tạp + Hồn tồn tin cậy mơi trường cơng nghiệp + Giao tiếp với thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, mơi Modul mở rộng + Giá cá thể cạnh tranh 1.1.3 Cấu tạo Tất PLC có thành phần là: Một nhớ chương trình RAM bên (có thể mở rộng thêm số nhớ EPROM) Một vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC Các Modul vào /ra h Bên cạnh đó, PLC hồn chỉnh cịn kèm thêm đơn vị lập trình tay hay máy tính Hầu hết đơn vị lập trình đơn giản có đủ RAM để chứa đựng chương trình dạng hồn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình đơn vị xách tay, RAM thường loại CMOS có pin dự phịng, chương trình kiểm tra sẵn sàng sử dụng truyền sang nhớ PLC Đối với PLC lớn thường lập trình máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485, … 1.2 Giới thiệu chung hệ thống trạm bơm tưới tiêu 1.2.1 Sơ đồ hệ thống h 1.2.2 Phân tích hệ thống Cho hệ thống trạm bơm tưới tiêu, thiết kế giải pháp tự động hóa theo bước Cho a=2 số cuối mã sinh viên, b=mod(a:3) Thực theo chế độ tưới tiêu Nhóm lập trình điều khiển giám sát thu thập liệu từ sensor mức nước, độ mở van, trạm bơm với bơm với PLC Mitsubishi theo giải pháp theo bước - Chế độ tự động tưới điều khiển làm việc luân phiên theo mức nước bể xả bơm điều khiển qua hệ biến tần: + mức 1: máy bơm làm việc máy dự phòng luân phiên (100+a) phút với tốc độ lớn (định mức) + mức 2: máy làm việc máy dự phòng làm việc luân phiên với tốc độ (70+5b)% định mức +mức 3: (đầy bể) bơm dừng h - Đo điều khiển, hiển thị HMI hệ thống 1.2 Nguyên lý làm việc hệ thống  Ở chế độ tưới -Khi bấm nút khởi động, cửa G4 cửa G2 đóng lại, đồng thời mở cửa G1 G3 Sau mở cửa G1 G3 bơm hoạt động -Ở mức nước bơm làm việc bơm dự phòng, bơm luận phiên (100+a=191) phút, với tốc độ định mức - Ở mức nước 2, bơm làm việc luân phiên 187 phút với tốc độ (70+5b=75)% -Ở mức nước 3, đầy bể dừng bơm  Ở chế độ tiêu -Cửa G1 G3 đóng lại, đồng thời cửa G2 G4 mở.Nước chảy từ ruộng bể hút qua trạm bơm đến bể xả cuối bể nguồn -Ở chế độ bơm hoạt động đồng thời với tốc độ định mức CHƯƠNG II: CHỌN THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC, THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ SENSOR Các thơng số trạm bơm: Cột áp: H = 10 + 0.5*3 = 11.5(m) Lưu lượng bơm: Q = 6m3/s Hiệu suất: η = 0.86 Công suất định mức bơm: N = 9.81∗6∗11.5 =787.081(kW) 0.86 2.1 PLC FX3U-32MT/ES Tên sản phẩm : PLC FX3U-32MT/ES-A Dòng sản phẩm: FX3U Series Số đầu I/O: 32 Dải điện áp: 100 → 240 V ac h Kiểu đầu ra: Relay Số đầu ra: 16 Số đầu vào: 16 Kiểu đầu vào: Sink/Source Tín hiệu điện áp đầu vào: 24V DC ±10% Kiểu lắp đặt DIN: Rail Thời gian đáp ứng: 0.065 μs Dung lượng chương trình: 64000 Steps Ngơn ngữ lập trình: Ladder Logic Nhiệt độ hoạt động tối đa: +55°C Bộ nhớ: 64000 Steps Giao diện lập trình: Computer, HMI Nhiệt độ hoạt động tối thiểu: ° C Kiểu kết nối: USB, RS232C, RS485 Cáp kết nối: FX-USB-AW, USB-SC09, USB-SC09-FX Điện tiêu thụ: 35VA Kích thước WxHxD: 150x90x86 mm Dịng điện đầu ra: 800 mA Trọng lượng: 0.65 kg 2.2 Các Thiết bị khác Tủ Điện Chất liệu: Tủ điện làm tôn 0.8- Ly, sử dụng công nghệ sơn tĩnh điện đảm bảo tủ điện bền, đẹp chắn - Kích thước: 40x60x18cm - Trọng lượng: 7200g - Màu sắc: Ghi sáng.  h Contactor Contactor 3P LS, MC-150a, 150A, 2NO + 2NC Nhà sản xuất: LS Industrial Systems Mã sản phẩm: MC-150a Mô tả: Contactor LS – Khởi động từ LS pha, dòng định mức 150A MC-150a công suất 75kW, tiếp điểm phụ 2a2b Rơ Le Nhiệt Rơle nhiệt LS, MT-150 (110-150A) Rơ Le Trung Gian Relay trung gian LY2N-J -220VAC Chính Hãng Omron A1H23 Nguồn tổ ong Nguồn tổ ong 24V 10A Bơm Máy bơm tưới tiêu Maro XGM/6A 3HP Nút Bấm Nút nhấn nhả LA38-11 22mm màu xanh J5H15 h Đồng Hồ Đo Đồng hồ đo điện đa Selec EM2M-1P-C100A-CE 90x35mm Áp tô mát Cầu dao tự động Aptomat MCCB Formula ABB A2C Pha 150A 25kA 1SDA068780R1 CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH VÀO/RA Đầu vào Đầu Trung gian Device name X0 X1 M3 M4 M5 M5 Y10 Y11 Y12 Y13 M1 M2 Y1 Y2 Y3 M10 M11 M12 M13 M14 M15 10 h Comment Start Stop Chế độ tưới Chế độ tiêu Bơm Bơm G1 G2 G3 G4 Run tưới Run tiêu Cảm biến mức Cảm biến mức Cảm biến mức Bơm Bơm Bơm Bơm Bơm Bơm + Relay trung gian sử dụng để đóng ngắt động bơm + Relay nhiệt sử dụng để bảo vệ tải, nhiệt CHƯƠNG VI: BIỂU ĐỒ CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN 6.1 Tổng quan mạng GRAFCET Mạng grafcet biều đồ hình chức cho phép mô tả trạng thái làm việc hệ thống biểu diễn trình điều khiển với trạng thái chuyển đổi từ trạng thái sang trạng thái khác Đó đồ hình định hướng xác định phần tử là: tập trạng thái, tập điều kiện chuyển trạng thái Mạng grafcet mô tả thành chuỗi giai đoạn chu trình sản xuất Mạng grafcet cho trình sản xuất ln ln đồ hình khép kín từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối từ trạng thái cuối trạng thái đầu 6.2 Sơ đồ grafcet biểu thị chức điều khiển hệ thống Dưới biểu đồ grafcet thể toàn trình tự hoạt động hệ thống Bơm tưới tiêu, giúp dễ dàng đọc hiểu nguyên lý hoạt động đơn giản trình lập trình PLC 13 h 6.3 Sơ đồ LAD 14 h 15 h 6.4 Thiết kế HMI 16 h Chế độ tưới: 17 h 18 h Chế độ tiêu 19 h Phần 2: Bài tập dài phần I – Các phần mềm sử dụng cho lập trình Webserver Nodejs – Webserver Visual studio code – Hỗ trợ lập trình thiết kế giao diện web Phần mềm KEPSERVEREX (Kepware OPC) II – Cài đặt phần mềm Nodejs Webserver sử dụng ngơn ngữ lập trình Java sử dụng phần mềm Node.js làm mơi trường lập trình chạy hệ thống, phần mềm hồn tồn miễn phí người dùng không cần phải lo lắng vấn đề vi phạm quyền lập trình Webserver Node.js tảng chạy môi trường V8 JavaScript runtime – trình thơng dịch JavaScript cực nhanh chạy trình duyệt Chrome loại trình duyệt khác Bình thường bạn tải V8 nhúng vào thứ Node.js làm điều web server II – Các bước thực Bước 1: Ở thư mục cần lưu file dự án, tạo folder với tên bất kỳ, tạo folder với tên “Webserver” Lưu ý: Tên folde khơng nên để dấu cách, có cách hai cụm từ nên dùng dấu gạch 20 h Bước 2: kết nối Webserver với PLC 21 h Bước 3: Code Visual Studio Code 22 h 23 h 24 h 25 h Bước 4: Giao Diện WepSever 26 h 27 h